Groene waterstofproductie: elektrolyse vs biomassa
In het eind juni gepresenteerde Klimaatakkoord staat het bereiken van een CO2-vrije energie- en grondstoffenhuishouding richting 2030 en 2050 centraal. Daarbij wordt de ‘programmatische en gefaseerde ontwikkeling van een waterstofsysteem’ genoemd als een belangrijk onderdeel. Daarvoor zal niet alleen zal de huidige waterstofproductie verduurzaamd moeten worden, ook wordt verwacht dat de vraag naar waterstof als schone energiedrager in diverse sectoren sterk zal groeien. Het streven is dat ook bij deze nieuwe toepassingen de waterstof duurzaam wordt geproduceerd.
Vrijwel alle waterstof die op dit moment wordt verbruikt is namelijk grijze waterstof. Deze waterstof is verkregen uit aardgas door middel van Steam Methane Reforming (SMR), waarbij broeikasgassen vrijkomen. Pas als waterstof op duurzame wijze is geproduceerd ( groene waterstof) draagt het wezenlijk bij aan het behalen van de klimaatdoelen. In het Klimaatakkoord worden twee vormen van groene waterstof genoemd: waterstof op basis van elektrolyse met duurzame elektriciteit en waterstof op basis van biogene grondstoffen (biomassa). Opvallend is dat ondanks deze aandacht, beide vormen van waterstofproductie voorlopig niet in aanmerking lijken te komen voor de nieuwe SDE++ subsidie (Stimulering Duurzame Energietransitie). Welke methode biedt eigenlijk het meeste perspectief voor een groen waterstofsysteem?
Elektrolyse de oplossing voor overschotten elektriciteit?
Elektrolyse is een reeds lang bekende techniek waarbij een elektrische stroom water kan scheiden in waterstof en zuurstof. Een groot nadeel van deze techniek is dat ongeveer de helft van de energie die gebruikt wordt voor de elektrolyse verloren gaat. Het is daarom inefficiënt om eerst elektriciteit op te wekken (bijvoorbeeld met aardgas), om dit vervolgens om te zetten naar waterstof met slechts de helft aan energetische waarde, als men de waterstof ook direct uit aardgas kan halen en de elektriciteit direct als energie kan gebruiken. Hoewel elektrolyse wel een schone techniek is, wordt de benodigde elektriciteit op het net nog grotendeels met fossiele brandstoffen opgewekt, zodat ook de duurzaamheid niet vanzelfsprekend een voordeel is ten opzichte van SMR.
De energietransitie biedt om twee redenen nieuw perspectief voor elektrolyse. Ten eerste ontstaat er de behoefte aan specifiek groene waterstof in plaats van grijze waterstof. Elektrolyse is, mits alle gebruikte elektriciteit gegarandeerd hernieuwbaar is, een manier om deze groene waterstof te produceren. Ten tweede is die hernieuwbare elektriciteit in steeds grotere mate beschikbaar, met name dankzij de aanleg van windmolen- en zonneparken. Nog steeds blijft het wegens het energieverlies bij de omzetting dan echter voordeliger om deze elektriciteit direct te gebruiken. Toch zijn er momenten dat dit niet geldt: windmolens en zonnepanelen volgen namelijk niet de energievraag, maar de weersomstandigheden, zodat er elektriciteitsoverschotten kunnen ontstaan. Voor elektriciteit die anders geheel verloren zou gaan, is het niet meer erg dat de helft van de energie verloren gaat bij elektrolyse. Het gebruik van overschotten aan duurzame elektriciteit staat bij groene waterstofproductie door elektrolyse daarom centraal.
Waterstof uit biomassa: weersonafhankelijk en energie-efficiënt
Door de aandacht die er in het Klimaatakkoord uitgaat naar elektrolyse, zou men bijna vergeten dat er ook andere manieren zijn om groene waterstof te produceren. Biomassa geldt namelijk ook als een goede bron van groene waterstof, en heeft bovendien een aantal belangrijke voordelen ten opzichte van elektrolyse. Zo is de energie-efficiëntie van de omzetting van biomassa naar waterstof wel even laag als bij elektrolyse, maar kan de resterende energie nog wel grotendeels worden benut in de vorm van warmte. Als men de verkregen waterstof en warmte bij elkaar optelt, treedt er zelfs bijna geen energieverlies op.
Dit, en het feit dat men bij biomassa niet afhankelijk is van de weersomstandigheden en/of overschotten, zorgt ervoor dat een fabriek die waterstof maakt van biomassa doorlopend kan functioneren. Dit in tegenstelling tot een elektrolyse-installatie (elektrolyser) die voornamelijk gebruik moet maken van hernieuwbare elektriciteitsoverschotten, waardoor de elektrolyser het grootste deel van het jaar niets of slechts een klein deel van de eigen maximale capaciteit zal produceren. Een elektrolyser die het grootste gedeelte van de tijd inactief is, is zeer moeilijk winstgevend te maken. Er is daarbij sprake van een paradox: elektrolysers hebben een lage elektriciteitsprijs nodig (= veel overschotten), maar grote overschotten ontstaan pas bij een (te) grote capaciteit aan wind- en zonne-energie. Men zal echter weinig nieuwe wind- en zonneparken realiseren als de elektriciteitsprijs te laag ligt.
Negatieve emissies door waterstofproductie
Waterstof uit biomassa lijkt om genoemde economische redenen meer levensvatbaar dan elektrolyse. Maar is de waterstof ook even groen? Dit is afhankelijk van de biomassa die wordt gebruikt. Biomassa is CO2-neutraal mits dezelfde hoeveelheid biomassa die wordt gebruikt weer in de natuur terugkeert, bijvoorbeeld door het aanplanten van nieuwe bomen (die de vrijgekomen weer CO2 opnemen). Men kan er aanvullend ook voor kiezen om uitsluitend afvalhout te gebruiken, bijvoorbeeld snoeihout of resten uit de sloop. Bij de alternatieven voor dit afvalhout, rotting of verbranding, komen meer broeikasgassen vrij dan bij de omzetting naar waterstof. Het omzettingsproces is ten slotte zodanig dat naast waterstof ook CO2 goed kan worden afgevangen. Daarmee zou de waterstofproductie met biomassa zelfs leiden tot een afname van de hoeveelheid CO2 in de atmosfeer (negatieve emissies). Waar elektrolyse als techniek reeds voor een groot deel is uitontwikkeld, is er met biomassa bovendien nog veel ruimte voor verdere innovatie, en past het binnen het streven naar een biobased economy.
Het belang van groene waterstof voor de energietransitie wordt reeds door de ondertekenaars van het Klimaatakkoord onderstreept. Uit het voorstel voor de nieuwe SDE++ subsidie vanaf 1 januari 2020 blijkt wel dat er nog geen keuze gemaakt is voor de beste productiemethode. De komende maanden zal moeten blijken of men alsnog een keuze zal maken.
Ronald van den Heuvel
Meer artikelen uit de categorie: Inzicht
